Module 3: ENERGIETECHNIEK 3.3 Bescherming tegen oververhitting
Inhoud 1. Inleiding 2. Technische grondslagen Risico's van oververhitting en koeling in woongebouwen Koeling van gebouwen voor kantoren, diensten en onderwijs 3. Toepassingen 4. Samenvatting 5. Link naar de software 2
Verband met EPB De 3 luiken 1. Vergunningsplichtige 1. Vergunningsplichtige werken werken 2. Vastgoedtransacties Openbare gebouwen 3. Technische installaties Types van werken 1. Nieuwbouw 2. Zware renovaties 3. Eenvoudige renovaties Bestemmingen 1. Eengezinswoningen 2. Kantoren en diensten 3. Onderwijs 4. Gemeenschappelijk residentieel 5. Gezondheidszorg 6. Cultuur en ontspanning 7. Restaurants en cafés 8. Handelszaken 9. Sport 10.Gemeenschappelijk gedeelte 11.Andere bestemming 12.Aangrenzende onverwarmde ruimte EPB-eisen 1. E-peil 2. K-peil 3. U/R-waarden 4. Ventilatie 5. Koudebruggen 6. Oververhitting 7. Brander 8. Warmte-isolatie 9. Compartimentering 10. Programmakiezer 11. Energiemeting 12. Toevoer verse lucht Modules technische ondersteuning 1. Energieverbruik 2. Warmte-isolatie 3. Ventilatie 4. Bescherming 4. Bescherming tegen tegen oververhitting oververhitting 5. Thermische installaties 6. Verlichting 1 2 3 Krachtige energiesystemen Vermindering van de vraag naar energie Gebruik van hernieuwbare energie 3
Inleiding Toenemende problemen op het vlak van zomercomfort Oorzaken: de gebruikers van het gebouw stellen hogere eisen (cf. airconditioning in de wagen); de zomers worden warmer (???); de architecturale trend om een steeds grotere glasoppervlakte te gebruiken; de afwezigheid van luiken of zonnewering; de toename van de interne winsten in de kantoren (computers, printers, scanners, faxtoestellen ); de thermische massa (capaciteit) is soms heel beperkt: lichte constructies (wanden), verlaagde plafonds, verhoogde vloeren Gevolgen Steeds meer gebouwen worden uitgerust met een airconditioningsysteem, ofwel bij de bouw, ofwel achteraf. Het gevolg is een aanzienlijke toename van het energieverbruik 4
Inhoud 1. Inleiding 2. Technische grondslagen Risico's van oververhitting en koeling in woongebouwen Oververhittingsindicator Waarschijnlijkheid van koeling Nettokoelbehoefte Eindverbruik voor koeling Primair energieverbruik voor koeling Koeling van gebouwen voor kantoren, diensten en onderwijs 3. Toepassingen 4. Samenvatting 5. Impact van de zonneweringen 6. Link naar de software 5
Technische grondslagen Woongebouwen transmissieverliezen interne winsten ventilatieverliezen zonnewinsten Controle Waarschijnlijkheid oververhitting van koeling Omzettingsfactor Nettokoelbehoefte Systeem- en opwekkingsrendement Eindenergieverbruik voor koeling interne winsten transmissieverliezen ventilatieverliezen zonnewinsten Nettobehoefte voor sanitair warm water distributie brutobehoefte voor ruimteverwarming Thermische zonneenergie brutobehoefte voor warm water Opwekkingsrendement (incl. wkk.) Thermische zonneenergie Opwekkingsrendement (incl. wkk.) Nettobehoefte voor ruimteverwarming Systeemrendement Eindenergieverbruik voor verwarming Eindenergieverbruik voor warm water hulpenergie Jaarlijks primair energieverbruik referentiewaarde E-peil Elektriciteit PV & WKK. 6
Technische grondslagen Woongebouwen Oververhittingsindicator I overh : jaarlijkse genormaliseerde overtollige warmtewinsten ten opzichte van de richttemperatuur voor verwarming [Kh]. de berekening gebeurt op basis van: de warmteaanvoer door de zon en door de bezetting de warmteverliezen door transmissie en ventilatie de thermische capaciteit I overh > 17 500 Kh boete Aanpassen van het ontwerp: beperken van de zonnewinsten verhogen van de effectieve thermische massa (massiever bouwen) intensieve ventilatie, met name s nachts (nog niet gevaloriseerd in de berekeningsmethode) Nota: De oververhitting in woongebouwen wordt beoordeeld op basis van het totale volume. Indien de PER-berekening aangeeft dat er geen problemen zijn wat het zomercomfort betreft, is er nog altijd de mogelijkheid van problemen in afzonderlijke kamers. 7
Technische grondslagen Woongebouwen Waarschijnlijkheid van koeling Indien actieve koeling geïnstalleerd is waarschijnlijkheid = 100 % Indien geen actieve koeling geïnstalleerd is Geval 1: I overh 8 000 Kh waarschijnlijkheid = 0 % Geval 2: 8 000 Kh < I overh < 17 500 Kh waarschijnlijkheid I overh Fictieve koeling Geval 3: I overh 17 500 Kh waarschijnlijkheid = 100 % Fictieve koeling De EPB-aangever krijgt een administratieve boete Het beste ontwerp is datgene waarin I overh de drempelwaarde niet overschrijdt! 8
Technische grondslagen Woongebouwen 1.0 waarschijnlijkheid p cool 0.0 fictieve koeling beboete zone 0 Kh I overh,drempel (8000 Kh) I overh,max (17500 Kh) I overh (Kh) 9
Technische grondslagen Woongebouwen Nettokoelbehoefte de nettokoelbehoefte wordt slechts berekend indien de waarschijnlijkheid > 0 of wanneer er actieve koeling is; de nettokoelbehoefte wordt berekend op basis van: de warmteverliezen door transmissie, ventilatie en in/exfiltratie; de warmteaanvoer door de zon, de bezetters, de aangrenzende onverwarmde ruimten of een ongeventileerd passief zonneenergiesysteem; de inertie van het geheel. 10
Technische grondslagen Woongebouwen Eindverbruik voor koeling Het eindenergieverbruik wordt berekend op basis van de koelbehoefte en de vaste waarden voor het systeemrendement en het opwekkingsrendement. precieze kenmerken van een reële koelinstallatie kunnen dus niet worden ingebracht ( EPU!) vast emissie-/distributierendement: 0,9 vast opwekkingsrendement: 2,5 Primair energieverbruik voor koeling Het jaarlijks eindenergieverbruik wordt berekend door vermenigvuldiging van het eindenergieverbruik met een omzettingsfactor. 11
Technische grondslagen Woongebouwen Primair energieverbruik voor koeling Hulpfuncties verwarming 5% Ventilatoren 6% Koeling 3% In/exfiltratie 13% SWW 15% Bew uste ventilatie 19% Transmissie 39% Nota: het aandeel van de koeling in het primair energieverbruik bedraagt gemiddeld 3 % voor 200 woningen. In de meeste gevallen is er geen actieve of fictieve koeling het aandeel van de koeling in het energieverbruik is aanzienlijk wanneer er actieve of fictieve koeling is. 12
Inhoud 1. Verband met EPB 2. Technische grondslagen Risico's van oververhitting en koeling in woongebouwen Koeling van gebouwen voor kantoren, diensten en onderwijs Nettokoelbehoefte Brutokoelbehoefte Eindverbruik voor koeling Primair energieverbruik voor koeling 3. Toepassingen 4. Samenvatting 5. Link naar de software 13
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen Interne winsten Transmissieverliezen Ventilatieverliezen Zonnewinsten Nettobehoefte voor ruimteverwarming Systeemrendement brutobehoefte voor ruimteverwarming Thermische zonneenergie Eindenergieverbruik voor ruimteverwarming Opwekkingsrendement (incl. WKK) verlichting Omzettingsfactor Jaarlijks primair energieverbruik Interne winsten Zonnewinsten nettobehoefte voor koeling Systeemrendement brutobehoefte Voor koeling Opwekkingsrendement (incl. WKK) Eindenergieverbruik voor koeling Referentiewaarde Transmissieverliezen Ventilatieverliezen Hulpenergie Bevochtiging E-peil - Elektriciteit PV & WKK (Bijl. A ) 14
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen Nettokoelbehoefte analoog aan verwarming: de energiebalans Interne winsten Zonnewinsten Ventilatieverliezen Transmissieverliezen een deel van de winsten wordt rechtstreeks naar buiten doorgegeven via de verliezen de eventuele overtollige warmtewinsten moeten worden afgevoerd door koeling vereist geen invoer van bijkomende gegevens in de software (de gegevens zijn dezelfde als voor de berekening van de verwarming) Nota: de nettobehoefte wordt altijd berekend indien er geen systeem geïnstalleerd is: gewichtsfactor = 1,0 indien er een systeem is: gewichtsfactor = 1,5 15
Technische grondslagen Nettokoelbehoefte Kantoor- en schoolgebouwen zon Afvoer van warmte η c Q V,dedic η c Q V,in/ex f η c Q T Q s η c Q L verlichting ventilatoren toestellen,... metabolisme Q i Q g Q cool,net Q cool,gross KOELTOESTEL Primaire energie E p,cool eindenergie Verliezen van het airconditioningsysteem Q cool,final Grenzen van het gebouw 16
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen symbool Q s Q i Q g h c Q v,dedic Q v,in/exf Q T Q cool,net Q cool,gross Q cool,final E p,cool beschrijving zonnewinsten interne winsten totaal van de warmtewinsten gebruikspercentage voor de warmteverliezen warmteverlies door bewuste ventilatie warmteverlies door in/exfiltratie warmteverlies door transmissie nettobehoefte voor koeling brutobehoefte voor koeling eindenergieverbruik voor koeling primair energieverbruik voor koeling 17
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen Brutokoelbehoefte Brutobehoe fte = nettobehoe fte systeemren dement systeemrendement 1 indien er geen koelsysteem is 1/(1+verliezen) indien er een koelsysteem is Oorzaken van de verliezen van het systeem energievernietiging door gelijktijdige verwarming en koeling verliezen in de distributieleidingen het feit of er al dan niet een afzonderlijke regeling per ruimte is Andere 18
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen brutokoelbehoefte zon Afvoer van de warmte η c Q V,dedic η c Q V,in/ex f ηc Q T Q s η c Q L verlichting ventilatoren toestellen,... metabolisme Q i Q g Q cool,net Q cool,gross KOELTOESTEL Primaire energie E p,cool eindenerige Verliezen van het airconditioningsysteem Q cool,final Grenzen van het gebouw 19
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen Eindverbruik voor koeling Het eindenergieverbruik wordt berekend door de brutoenergiebehoefte te delen door het opwekkingsrendement van de koelgenerator opwekkingsrendement: indien er geen echte koeling geïnstalleerd is: conventioneel rendement van 5 (met elektriciteit als energiebron) voor compressiekoelmachines: het opwekkingsrendement is gelijk aan de prestatiecoëfficiënt COP test (coefficient of performance) die is vastgelegd volgens EN 14511-2 in de standard rating conditions productgegevens te verstrekken door de leverancier/fabrikant voor de andere koelgeneratoren: tabel 20
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen Eindverbruik voor koeling koelgenerator η gen,cool absorptiekoelmachine - op een externe warmtelevering 0.7 η equiv,heat,dh - op een warmtekrachtkoppeling 1.0 ε cogen,th koudeaccumulatie 12 warmtepomp in zomerregime (in combinatie met een koudeaccumulatie) parameters: type van koelgenerator Voor de absorptiekoelmachines rendement van de externe warmtelevering η equiv,heat,dh rendement van de thermische omzetting voor warmtekrachtkoppeling ε cogen,th 5 21
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen Primair energieverbruik voor koeling het jaarlijks primair energieverbruik wordt berekend door het eindenergieverbruik te vermenigvuldigen met een omzettingsfactor om het E-peil te bepalen, zijn de factoren voor omzetting in primaire energie (f p ): fossiele brandstoffen: f p = 1 elektriciteit: f p = 2,5 biomassa: f p = 1 22
Technische grondslagen Kantoor- en schoolgebouwen primair energieverbruik voor koeling Transmissie 27% Andere 47% Bewuste ventilatie 12% Koeling 7% In/ex flitra tie 7% In dit voorbeeld gaat het om fictieve koeling groter aandeel indien reële koeling 23
Inhoud 1. Verband met EPB 2. Technische grondslagen Risico's van oververhitting en koeling in woongebouwen Koeling van gebouwen voor kantoren, diensten en onderwijs 3. Toepassingen 4. Samenvatting 5. Link naar de software 24
Toepassingen Beperking van de zonnewinsten Beperken van de glasoppervlakte kwh/m²/jaar koudevraag warmtevraag 40 Glasoppervlakte % 70 100 Passieve koeling, efficiënt lokaal met selectieve beglazing Air-conditioning, gemiddeld lokaal met selectieve beglazing Air-conditioning, gemiddeld lokaal met heldere beglazing en scherm Air-conditioning, gemiddeld lokaal met heldere beglazing Air-conditioning, gemiddeld lokaal met heldere beglazing en scherm Air-conditioning, gemiddeld lokaal met selectieve beglazing Air-conditioning, gemiddeld lokaal met gewone beglazing Effect van het percentage glasoppervlakte op de vragen naar koude en warmte van verschillende Zuidelijke georiënteerde kantoren. Zij worden als efficiënt of gemiddeld gekwalificeerd alnaar gelang zij beschikken over een grote thermische massa en verlaagde interne winsten of niet 25
Toepassingen Beperking van de zonnewinsten Oriëntatie van de glasoppervlakte Gemiddelde temperaturen voor een typische julimaand Temperatuur Westen Oosten Zuiden Noorden Uren Impact van de oriëntatie op de binnentemperatuur van een geïsoleerd, inert kantoor met 100 % heldere beglazing. s Nachts wordt de ruimte intensief geventileerd. Voor elk uur is de vermelde waarde het gemiddelde van de door simulatie geraamde temperaturen van elke dag in een gemiddelde julimaand. 26
Toepassingen Beperking van de zonnewinsten Oriëntatie van de glasoppervlakte: conventie voor de oriëntatie De hoek tussen het zuiden en de horizontale projectie van de loodlijn op het vlak van de transparante scheidingsconstructie positief in westelijke richting negatief in oostelijke richting 180 /-180 N 135 NO -135 NE 90 O E -90 SE 45 S 0 SE -45 27
Toepassingen Beperking van de zonnewinsten Selectieve beglazing, zonnewering en beschaduwing 28
Toepassingen Beperking van de zonnewinsten Zonnewering in de berekeningsmethode Zonnewering in het beglazingsplan Buitenzonnewering Binnenzonnewering Ongeventileerde zonnewering verwerkt in het glaswerk Andere gevallen Luiken Zonnewering die niet is opgenomen in het beglazingsplan Architecturale voorziening: Overstekhoeken van vaste obstakels (rechts, links en verticaal) Horizonhoek (horizontaal) Zonnewering: Transmissiefactor Overstekhoeken van de zonneweringen (rechts, links en verticaal); Overstekhoeken van vaste obstakels (rechts, links en verticaal); Horizonhoek (horizontaal) Bediening Met de hand Automatisch Gedetailleerde berekening voor de zonneweringen in het beglazingsplan (cf. Bijlage II, # 7.10.3.4) 29
Toepassingen Europese conventies - EN 13790 Binnen Buiten horizonhoek Verticale overstekhoek Buiten Binnen Linkeroverstekhoek Buiten Binnen Rechteroverstekhoek 30
Toepassingen Beperking van de zonnewinsten Impact van de oriëntatie voor verschillende beschaduwingswijzen NW NO kwh/m²/jaar W O ZW Z heldere beglazing Buitenscherm luifel Selectieve beglazing Verbruik van verwarming in kwh/m 2 /jaar van een kantoor onder dak met 40% van beglazing en geringe interne winsten. Het effect van de oriëntatie voor verschillende manieren van beschaduwing. ZO 31
Toepassingen Inertie: aanwezigheid van de effectieve thermische massa De toegankelijke inertie Gedeeltelijk toegankelijke inertie Gedeeltelijk toegankelijke inertie Onbereikbare inertie 32
Toepassingen Inertie: aanwezigheid van de effectieve thermische massa kwh/m²/jaar Koude vraag Warmte vraag Heel inert Inert Gemiddelde interne lasten Verlaagde interne lasten Niet inert Impact van het niveau van de thermische inertie op de verwarmings- en koelingsvraag (behalve luchtbehandeling) van een kantoor aan de zuidkant met airconditioning en met 70 % glasoppervlakte en zonneschermen aan de buitenkant. Totaal Gemiddelde interne lasten Totaal Verlaagde interne lasten 33
Toepassingen Passieve koelsystemen Intensieve natuurlijke ventilatie overdag Intensieve natuurlijke ventilatie s nachts Intensieve natuurlijke ventilatieoverdag en s nachts betonkernactivering (slab cooling) Intensieve mechanische ventilatie overdag en s nachts 34
Toepassingen Intensieve ventilatie Twee uitvoeringsprincipes: eenzijdige of dwarsventilatie. De eenzijdige ventilatie is gemakkelijker uit te voeren, maar de prestaties zijn minder goed dan die van de dwarsventilatie, voor dezelfde openingsoppervlakte. Uitgang Toegang 35
Toepassingen Inertie en intensieve ventilatie Intensiev e ventilatie s nachts Intensieve ventilatie overdag Permanente intensieve ventilatie Inertie niveau Hoog : toegankelijke vloer en plafond Gemiddelde interne winsten Geringe interne winsten Gemiddelde interne winsten Geringe interne winsten Gemiddelde interne winsten Geringe interne winsten gemiddeld : toegankelijk plafond maar verhoogde vloer laag : vals plafond en verhoogde vloer Impact van het niveau van de thermische inertie op het comfort voor de verschillende wijzen van passieve koeling door intensieve ventilatie van een individueel op het zuiden gericht kantoor met 70 % selectieve beglazing. De waarden in het wit geven het aantal uren weer boven 25,5 C dat werd vastgesteld in de bezettingsperiode voor een gemiddeld jaar. 36
Toepassingen Bronnen van informatie over passieve koeling en intensieve ventilatie Alter-Clim: http://www.ibgebim.be/soussites/alter_clim/ Info-fiches eco-constructie : http://130.104.235.38/ibge-guide/guide.aspx 37
Inhoud 1. Verband met EPB 2. Technische grondslagen Risico's van oververhitting en koeling in woongebouwen Koeling van gebouwen voor kantoren, diensten en onderwijs 3. Toepassingen 4. Samenvatting 5. Link naar de software 38
Samenvatting Beperking van het verbruik voor de koeling in de kantoren 1. vereist medewerking van architect - ingenieur 2. beperking van de zonnewinsten en interne winsten 3. controle van de warmtetoevoer in het gebouw 4. gebruik van systemen die de overdag geaccumuleerde warmte efficiënt verdrijven (draairamen, schoorstenen ) Beperking van het risico van oververhitting in de woningen 1. controle van de warmtetoevoer in het gebouw 2. gebruik van systemen die de overdag geaccumuleerde warmte efficiënt verdrijven (draairamen, schoorstenen ) 39
Inhoud 1. Verband met EPB 2. Technische grondslagen Risico's van oververhitting en koeling in woongebouwen Koeling van gebouwen voor kantoren, diensten en onderwijs 3. Toepassingen 4. Samenvatting 5. Link naar de software 40
Link naar de software 41